МЕТОДИКА И АЛГОРИТМ ОПЕРАТИВНОГО ПЛАНИРОВАНИЯ СЕАНСОВ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИИ ГИБКИХ СТРАТЕГИЙ УПРАВЛЕНИЯ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

МЕТОДИКА И АЛГОРИТМ ОПЕРАТИВНОГО ПЛАНИРОВАНИЯ СЕАНСОВ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИИ ГИБКИХ СТРАТЕГИЙ

УПРАВЛЕНИЯ

А.А. Ковальский1*

военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского, Санкт-Петербург, 197198, Российская Федерация *Адрес для переписки: [email protected]

Информация о статье

УДК 621.396

Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования: Ковальский А.А. Методика и алгоритм оперативного планирования сеансов спутниковой связи на основе технологии гибких стратегий управления // Труды учебных заведений связи. 2018. Т. 4. № 4. С. 36-46. DOI:10.31854/1813-324X-2018-4-4-36-46

Аннотация: В статье рассмотрена система спутниковой связи, предназначенная для организации устойчивого управления орбитальной группировкой космических аппаратов. Цель работы направлена на обеспечение требований по пропускной способности системы спутниковой связи за счет организации эффективного планирования сеансов связи. Для решения задачи оптимального планирования и оперативного распределения радиоресурса системы спутниковой связи в целях организации устойчивого управления орбитальной группировкой космических аппаратов предложен алгоритм на основе метода локально-оптимального управления и методика с использованием технологии гибких стратегий управления. В заключении сформированы предложения по разработке системы поддержки принятия решений при оперативном распределении радиоресурса системы спутниковой связи.

Ключевые слова: система спутниковой связи, оптимальное планирование сеансов связи, оперативное распределение радиоресурса, технология гибких стратегий управления.

Введение

В современных условиях эффективность функционирования орбитальной группировки (ОГ) космических аппаратов (КА) в значительной степени определяется эффективностью ее системы управления. В настоящее время одним из основных элементов системы управления ОГ КА является объединенная система связи, эффективность которой зависит от качества информационного обмена. Одним из способов обеспечения заданного качества является организация и применение систем спутниковой связи (ССС).

В работах [1, 2] рассмотрена система спутниковой связи, которая предназначена для организации устойчивого управления ОГ КА, а также проведен анализ входящих в ее состав элементов, их задач, и используемых технологий связи. На основе полученных данных для отражения всего многообразия стоящих перед ССС задач и увязки локальных целей с глобальной целью системы, согласно общепринятой методологии исследования систем, построено дерево целей и задач, решаемых в процессе целевого функционирования

ССС в интересах управления ОГ КА (рисунок 1). На верхнем уровне дерева целей и задач находится глобальная цель (I), а далее уровни, представляющие собой подцели (II), задачи (III) и подзадачи (IV), решение которых обеспечивает достижение поставленной конечной цели. Завершается дерево целей и задач перечнем обобщенных операций (V), непосредственно влияющих на выполнение глобальной цели исследуемого процесса. На этом дереве выделена ветвь, которая отображает место целей и задач, проводимых исследований в общей структуре исследуемого процесса целевого функционирования ССС.

Перенятый из теории оптимального управления принцип многокритериальности, предполагает предъявление к качеству процессов управления целой совокупности требований (в виде множества показателей. Для определения взаимосвязи глобальных показателей качества целевого функционирования ССС с частными необходимо построение дерева показателей качества (рисунок 2).

о о

I—1

о

оо

I—1 03 U1

I—1 03

оо

КЗ ■

КЗ

0

I—1

оз

1

I ■

00 I

ОБЕСПЕЧЕНИЕ УСТОИЧИВОИ СПУТНИКОВОМ СВЯЗЬЮ В ИНТЕРЕСАХ УПРАВЛЕНИЯ ОРБИТАЛЬНОЙ ГРУППИРОВКОЙ КПГ.МИМРГ КИХ йППДРЛТПВ ППЯ ПКМРНД ИНФПРМД! 1ИРЙ TPPKVFMnm KAUFr.TRA R ПЮКПЙ MflMFHT RPFMFHM

Я

О Я

SU ¡3 6Г о

я

К

КС >

>

О)

ч о 1=1 К

я аз

аз fci ■л о тз

К

ч

о я

О)

тз

аз

ч s оз Я о ■л о

я

fci аз

х

К

тз о

(Я аз х К SQ п

О)

аз х п о

(Я

Рис. 1. Дерево целей и задач процесса целевого функционирования ССС ГИКЦ в интересах управления ОГ КА

Рис. 2. Дерево показателей качества процесса целевого функционирования ССС в интересах управления ОГ КА

Также в работах [1, 2] проведено математическое моделирование оптимального планирования сеансов связи (СС) и оперативного распределения радиоресурса ССС. Сформулирована постановка задачи оптимального планирования и оперативного распределения радиоресурса ССС в целях организации устойчивого управления ОГ космических аппаратов. В качестве метода для организации оптимального планирования СС и оперативного распределения радиоресурса ССС обоснован и выбран подход на основе принципа максимума Л.С. Пон-трягина. Данная статья продолжает исследования, направленные на решение поставленной задачи.

Алгоритм оперативного планирования сеансов спутниковой связи

Итерационный процесс последовательного уточнения матрицы Р0, рассмотренный в работах [1, 2], может производиться с использованием известных методов решения краевых задач и численной оптимизации. В частности, в рассматриваемом случае можно воспользоваться методом Крылова-Черно-усько, методом Ньютона и его модификациями, градиентными и субградиентными методами (методами покоординатного спуска, методами штрафных функций). Скорость сходимости процедуры решения краевой задачи в значительной степени зависит от так называемого начального или первого приближения. Хорошим опорным решением, в частности, может служить метод локально-оптимального управления [3, 4], на основе которого построен алгоритм оперативного планирования сеансов спутниковой связи, которьш имеет вид, представленньш на рисунке 3.

Формально алгоритм оперативного планирования сеансов спутниковой связи может быть представлен в виде следующего выражения:

и1ос{ь) = аг$тэхн(хг,х{1), цГ, ц(г), иф), (1)

синтезируемого на основе условия стационарности заменой матрицы Р(1) и вектора вЮ сопряженных переменных их расчетными аналогами Р+(0 и р+( Ь), полученными за счет модификации условий трансверсальности, где X/ и Х(/) - матрицы требуемого (предельно-возможного) и финального состояния комплекса сеансов связи (КСС), а

иурХх 6 1}, V = 1,п, ^=1,т, Х=1,1, х = 1,К пхтх I х к - мерная матрица управляющих параметров.

Подставляя полученные модифицированные условия трансверсальности в соотношение (1), получим уточненный вид алгоритма оперативного планирования и распределения радиоресурса ССС:

и(0 =

и1осЮ =

= ащтахН(ХГ,Х(Ь),Р+(Ь),^,Ц(Ь),в+(Ь),и(Ь)) =

июс£и&

= ащтах(Р+(Ь) ® (ВХ(Ь) ° их(Ь)) +

Угостил

(2)

Полученная стратегия локальной оптимизации для планирования комплекса сеансовсвязи в отличие от программного планирования формирует управление в форме обратной связи. Это позволяет построить систему автоматического планирования и выполнения КСС для всех элементов ССС. В рассматриваемой задаче оперативного планирования и распределения радиоресурса ССС в форме обратной связи допускается возможность оперативно корректировать планирование и выполнение КСС в темпе обслуживания НКУ, тем самым обеспечивается гибкость применяемой стратегии управления.

Алгоритм оперативного планирования сеансов спутниковой связи ССС (рисунок 3) по технологии гибких стратегий состоит из четырех блоков [5, 6].

Блок 1. Ввод исходных данных о задействовании ССС и НКУ.

Блок 2. Формирование массивов входной информации о задействовании ССС и НКУ.

Блок 3. Составление оперативного плана сеансов спутниковой связи.

Блок 4. Завершение и фиксация результатов планирования.

Исходными данными для начала вычислительного процесса по реализации гибкой стратегии управления КСС являются:

1) количество (п) космических аппаратов связи (КАС) обладающих радиоресурсом, включенных в состав ОГ КАС;

2) количество (т) земных станций спутниковой связи (ЗССС), размещенных на территориально-раз-несенных отдельных объектах;

3) количество (/) НКУ ОГ космических аппаратов, которым необходимо обеспечить передачу информационных потоков с требуемой пропускной способностью по каналам спутниковой связи, организуемых в ходе выполнения СС;

4) количество (&) СС, включенных в состав КСС, необходимых для выполнения НКУ ОГ космических аппаратов задач по предназначению;

5) интервал планирования Т = \Ьо, длительность интервала дискретизации Д Ь, а также интенсивность выполнения СС из КСС;

6) краевые условия:

где

Х=\ХфХПи(} = \ч0,ч?], Х(10) =Х0ЕХ; ч^о) = % 6 (;

хаг) 6 X; д(^) 6 (;

7) матрица Л динамических приоритетов

ВВОД ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

Параметры ОГКАС:

п - состав ОГ КАС, начальные условия наличия выделенного радиоресурса ОГ КАС

ПараметрыIЗССС

т - количество типовых ЗССС с координатами; I - количество типовых НКУ

Структура сеансов связи:

к - необходимое количество СС; технологические ограничения, матрица динамических приоритетов СС; _Хо - начальное состояние СС, X! - требуемое состояние СС_

Параметры процесса контроля методической точности оценивания:

начальное состояние до, требуемое состояние

Параметры свертки векторного показателя качества:

коэффициенты важности частных показателей качества, «длина спуска» и «крутизна спуска» функции совместимости, граничные условия семантического правила

Общие параметры:

Т - интервал планирования, Ы - длит. интервал дискретизации

ФОРМИРОВАНИЕ МАССИВОВ ВХОДНОЙ ИНФОРМАЦИИ ПРОЦЕССА ВЫПОЛНЕНИЯ СС

Г енерация

массива наличия частотного ресурса ОГ КАС на весь интервал планирования

Генерация

массива реализаций помеховой составляющей приемо-передающего

тракта +

Генерация

массива точек положения КАС на весь интервал планирования

I

Генерация

массива зон

контактного

потенциала

Г енерация массива измерений объема переданного трафика

Генерация

массива зон потенциала доступности

|0

Генерация ма ссива зон канального потенциала

Формирование МОДУи

СОСТАВЛЕНИЕ ОПЕРАТИВНОГО ПЛАНА ВЫПОЛНЕНИЯ СЕАНСОВ СВЯЗ

ФормированиеЛМОДУ за счет учета канального потенциала

— ж

и д (г,) = и х е (г,)

Учет технологических ограничений и формирование ОДВВ

1

2

Е

Рис. 3. Алгоритм оперативного планирования сеансов спутниковой связи

Блок формирования массивов входной информации процесса выполнения СС предусматривает генерацию совокупности зон контактного потенциала Я, канального потенциала Е и потенциала доступности Q, из чего по алгоритму модифицируется область и * допустимых альтернатив управления.

Блок составления оперативного плана сеансов спутниковой связи на основе модифицированного формализма принципа максимума предполагает дискретизацию по времени, непрерывного процесса планирования и проведения КСС. В рассматриваемом случае, используя дискретизацию с шагом ДЬ, получим Т = [^д^0] + 1 временных дискретов

йЬ],] = 1,Т. В результате этого процесс решения задачи трансформируется в многошаговый процесс.

На начальном этапе составления оперативного плана выполнения сеансов связи осуществляется проверка интегральных временных условий (ограничений) ^ < Далее выполняется проверка краевых

условий хХх(Ь ¡) Х= 1,1, х= 1, к.

Следующим этапом является пересчет значений компонент вектора сопряженных переменных в соответствии с модифицированным условием трансверсальности. При этом учитываются соотношения, которые определяют вид показателя качества (соответствие количества запланированных СС количеству желаемых СС) при условии неравнозначности входящих в него операций:

Л = [а^х, Х=1Л, Х = 1Щ,

где х к - мерная положительно-определенная матрица относительных коэффициентов важности выполнения соответствующих СС.

Далее схема на рисунке 3 предлагает осуществить локальное (на конкретном временном дискрете) сужение модифицированной области допустимых альтернатив управления и * с учетом канального потенциала и(]) = и *х Е(]). Области допустимых вариантов выполнения иД(]) формируется за счет сужения локальной модифицированной области допустимых альтернатив управления и(]) с учетом технологических и краевых ограничений иД() = = V(]) х Р(х(у, и(]), 1}) х К(х, Т).

Для всех допустимых вариантов управления характерно формирование множества значений функции Гамильтона:

иО)Е1]дО)

и.

(0 = агщшах(р+(1) 0 (Вх(1) ° ^(1)) + р+(0 0

игосЕил 4

0 (Вч(0 • ич(0)).

Максимум функции Гамильтона доставляется за счет экстремальной альтернативы управления:

После выбора экстремальной альтернативы управления выполняется пересчет состояний КСС:

п т

) + ^^ ЪvvXx(j)uvvXx(j)dt,

у=1 ^=1

где Х= 1,1; х= 1,к; ич^Хх(]) - соответствующие компоненты матрицы и1ос(]) управляющих параметров, выбранных в качестве оптимальной альтернативы на -ом временном дискрете.

На завершающем этапе составления оперативного плана выполнения СС осуществляентся переход к следующему дискрету времени.

При выполнении СС может возникнуть ситуации неединственности (неоднозначности) альтернативы, доставляющей максимальное значение функции Гамильтона (неоднозначность максимума гамильтониана). Такие альтернативы можно назвать максимизирующими. Для разрешения проблемы неоднозначности могут быть применены различные методы дополнительного установления приоритетности альтернатив. Например, метод приоритетности той альтернативы, которая уже была выбрана на предыдущем временном дискрете. В дальнейшем предлагается руководствоваться данным методом для определения дополнительного установления приоритетности оптимальных альтернатив.

Методика оперативного планирования сеансов спутниковой связи

Выработка плана задействования ССС, позволяющей обеспечить достижение требований по оперативности и пропускной способности, сложный и достаточно трудоемкий процесс. Формирование методики оперативного планирования сеансов спутниковой связи по технологии гибких стратегий требует последовательного выполнения ряда вспомогательных действий (рисунок 4). Разработанная методика предполагает, составляющими компонентами комплексной заявки, будут обоснованные с позиций реальных возможностей ССС требования по пропускной способности и оперативности. В этой связи реализации данной методики предполагает проведение несколько этапов.

Этап 1. Прием комплексной заявки, формируемой центром управления системой, и включающей перечень ЗССС (содержит координаты позиционных районов и совокупность временных интервалов необходимости проведения СС), требования по пропускной способности, а также перечень и вектор относительных приоритетов СС из КСС.

Этап 2. Анализ состояния элементов ОГ КАС и ЗССС, а также текущего состояния КСС для организации функционирования ССС в условиях сложной по-меховой обстановки.

ОРБИТАЛЬНАЯ ГРУППИРОВКА КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ СВЯЗИ

! ЗЕМНЫЕ СТАНЦИИ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ !

^-------------г-'

I

ГРУППИРОВКА НАЗЕМНЫХ КОМПЛЕКСОВ УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИ

I

И

Формирование требований по пропускной способности в условиях сложной радиоэлектронной обстановки 4

Получение информации о радиоэлектронной обстановке

Оценка влияния

помех на спутниковые каналы связи

Прогноз влияния

помех на

спутниковые каналы

связи

Прогноз качества каналов связи

Формирование заявки на обеспечение требуемого радиоресурса ОГ КАС

Анализ возможностей ОГ КАС по обеспечению требуемого радиоресурса

Прием заявок от НКУ

Контроль обоснованности

заявок

Формирование вектора относительных приоритетов заявок

Формирование комплексной заявки

ЦЕНТР УПРАВЛЕНИЯ ССС

I I

| Прием комплексной заявки I

Рис. 4а. Методика оперативного планирования сеансов спутниковой связи на основе ТГС управления Этап 3. Формирование временных интервалов по- пропускной способности.

тенциала доступности. Для этого проводится анализ состояния элементов ССС, который позволяет сформировать перечень работоспособных КАС из ОГ ССС, а также ЗССС.

Этап 4. Выполнение алгоритма расчета зон радиовидимости (контактного потенциала Д).

Этап 5. Выполнение алгоритма численного интегрирования системы дифференциальных уравнений орбитального движения КАС в нецентральном поле Земли.

Этап 6. Полученные совокупности временных интервалов контактного потенциала Д и потенциала доступности Q позволяют сформировать совокупность временных интервалов канального потенциала йх^хО^г.

Этап 7. Полученные на этапе 1 и использованные как исходные данные требования по пропускной способности ССС позволяют осуществить выполнение алгоритма прогноза распределения частотного ресурса ССС.

Этап 8. Результаты, полученные при выполнении этапов 2, 6 и 7, позволяют произвести оценку возможностей ССС по обеспечению требуемого уровня

Этап 9. Построение структуры проведения КСС включает в себя задание определенных систем:

- множества А = {АР, V = 1 , п] - КАС, включенных в состав ОГ КАС;

- множества В = {В^, ц = 1 , т}- территориально-разнесенных ЗССС с подключенным к нему множеством С = {Сх,Я = 1 , I} - НКУ, для которых ЗССС обеспечивают множество В = {0Х, х = 1 , к } - СС, включенное в множество КТС = {Ку: В х В х ... х В ^ Кх, Я = 1 , I} КСС, представляющих собой последовательность сеансов связи, необходимых для проведения сеансов управления ОГ КА;

- комплекса Р(Х,и,Т) = 0 технологических ограничений;

- комплекса < 0 технических ограничений;

- матрицы П = V = 1 , п,х= 1 , к] интенсивности выполнения СС;

- матрицы Л = [аХх, Я = 1 , 1,х= 1, к] относительных приоритетов выполнения СС;

- краевых условий, накладываемых на процесс выполнения КСС - X = [Х0,^],где.Х'(С0) = Х0е

х,х{гг) ех.

ФОРМИРОВАНИЕ КОМПЛЕКСНОЙ ЗАЯВКИ

т

Формирование зон потенциальной готовности ЗССС к проведению сеансов связи

ау

Формирование зон радиовидимости ЗССС -КАС

Алгоритм расчета зон радиовидимости ЗССС-КАС

Прием комплексной заявки —

р 7 ев

Анализ текущего состояния СС

Анализ наличия частотного

ресурса ОГ КАС

-®

сю

та

Формирование совокупности временных интервалов канального потенциала

г

Прогноз наличия частотного ресурса ОГ КАС на заданном интервале времени "Алгоритм числе'нного"' интегрирования системы уравнения эсом ОГ КАС

Прогноз использования радиоресурса ОГ КАС

Алгоритм прогноза использования радиоресурса ОГ КАС

О

та

Анализ возможностей ЗССС по обеспечению требуемого уровня пропускной способности каналов связи

Формирование структуры сеансов связи

Задание:

» состава СС

» системы технологических ограничений ¡* матрицы интенсивности трафика '» директивных времен начала и окончания СС !• матрицы относительных приоритетов сеансов

связи > краевых условий

» директивных времен окончания обслуживания отдельных НКУ

Ж

т

<С>

Задание параметров процесса контроля методического распределения радиоресурса ОГ КАС

Определение текущего значения вектора состояния процесса

......Заданиё" трёбов'анйи по уровню".....

методической точности оценивания

"Задание" матрицы относительн"!^" приоритетов оценок по составляющим вектора состояния радиоресурса ОГ КАС

а...................

^.Формирование вектщ

"Ф"dрMй"рdваHйё показателя полноты объема переданной информации

1частных показаталеи1качеств а

Формирование показателя точности выполнения ! временных интервалов СС!

Формирование показателя полноты выполнения СС

Формирование обобщенного показателя качества

Задание параметров

I__________________

'<Ж>

функции совместимости

Алгоритм свертки векторного показателя качества

Моделирование процесса измерения текущего объема трафика

¡Алгоритм формирования реализации помеховой ;

■ составляющей приемо-передающего тракта Г

! Формирование матрицы потенциальной ;

■ возможности и эффективности проведения

СС

Алгоритм численного интегрирования \ 1 системы уравнения радиоресурсом ОГ КАС!

; Алгоритм аналитического решения задачи ! прогноза наличия радиоресурса ОГ КАС ■

Формирование программы локально-оптимального проведения СС

Алгоритм локально-оптимального проведения СС

Доведение плана применения до ЗССС

СЮ*-

Интерпретация программы выполнения КСС в план применения ЗССС

МЕТОДИКА, РЕАЛИЗУЕМАЯ _В ЦЕНТРЕ УПРАВЛЕНИЯ ССС_

ЗЕМНЫЕ СТАНЦИИ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ

_________-I—.

НАЗЕМНАЯ ГРУППИРОВКА ССС

I ОРБИТАЛЬНАЯ ГРУППИРОВКА 'ч КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ СВЯЗИ

\ /

I |

I \

' ч

ГРУППИРОВКА НАЗЕМНЫХ КОМПЛЕКСОВ » УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИ

Рис. 4б. Методика оперативного планирования сеансов спутниковой связи на основе ТГС управления (продолжение)

Этап 10. Задание параметров процесса контроля методической точности оценивания распределения радиоресурса ОГ КАС. Этап выполняются параллельно с этапом 9.

Этап 11. Формирование показателя качества который отражает требование полноты объема КСС: I к

а=1х=1

где и хХх (Ь^) - финальное и требуемое состояния.

Этап 12. Формирование обобщенного показателя качества. Анализ особенностей процесса принятия решения в экстремальных условиях показал целесообразность перехода к задаче однокритериальной оптимизации, технология решения которой с использованием стандартных методов и процедур в рассматриваемых условиях отличается существенно большим конструктивизмом.

Этап 13. Проведение моделирования процесса измерения текущего объема трафика включает в себя выполнение алгоритмов численного и аналитического решения задачи прогноза информационной нагрузки на радиоресурс КАС.

Этап 14. Этап формирования программы оперативного планирования и распределения радиоресурса ССС.

Этап 15. Программа выполнения КСС интерпретируется в план применения ССС.

Этап 16. Доведение плана применения до каждой ЗССС, входящей в состав ССС.

Предложения по разработке системы поддержки принятия решений при проведении оперативного планирования сеансов спутниковой связи

Оперативное планирование и распределение радиоресурса ССС в штатных условиях с применением «ручной» технологии, основанной на эвристических решениях по формированию вариантов выполнения плана задействования, как правило, позволяет осуществить выбор решения достаточно близкого к оптимальному. Однако, при переводе в высшие степени боевой готовности, а также при усложнении радиоэлектронной обстановки (в условиях дефицита временного, технического и других видов ресурсов), данная технология зачастую не позволяет оперативно строить область допустимых вариантов планирования, осуществлять выбор оптимального решения, удовлетворяющего заданной системе ограничений. Жесткие временные ограничения и динамичность изменения обстановки в совокупности с воздействием помех, оказывают ощутимое влияние на процесс управления ССС номерами дежурных расчетов. В таких условиях желательно максимально повысить уровень автоматизации управления ССС, что позволит с минимальным за-

действованием человеческого фактора генерировать возможные альтернативы выполнения КСС, проводить их сравнительную оценку и выбирать из них лучшую. Решение подобных задач в сложных военно-технических системах, к которым относится ССС, рекомендуется проводить на основе многоструктурного подхода [7, 8].

Данный подход наиболее полно может быть реализован на основе так называемых имитационных систем (ИС), отличительным признаком которых является глубокая интеграция имитационных и аналитических подходов, основанных на всестороннем использовании различных возможностей математики, ЭВМ и творческого мышления человека. Применение ИС при формировании варианта плана задействования ССС позволяет осуществлять анализ и прогнозирование процесса подготовки, выбирать рациональные способы парирования воздействия различных факторов возмущения, что в конечном итоге положительно сказывается на результате решаемой задачи.

Однако, создание моделей имитационного уровня является достаточно сложным процессом, а их использование предполагает обязательное проведение экспериментов, которые требуют больших затрат машинного времени. В реальных условиях обслуживания элементов ССС изменение обстановки происходит с высокой динамичностью, требующей оперативного отклика при принятии решений по формированию варианта выполнения плана задействования. В результате использование ИС в решаемой задаче может оказаться не эффективным и даже нецелесообразным.

В данном случае целесообразным вариантом является применение средств, реализующих формализованные схемы действий номеров дежурного расчета центра управления ССС на исследуемом этапе, позволяющих оперативно генерировать альтернативные варианты выполнения КСС и получать количественные оценки качества обслуживания НКУ. Этот подход наиболее полно реализуется в рамках системы поддержки принятия решений (СППР), реализуемой в контуре управления ССС и представляющей собой человеко-машинную систему, объединяющую совокупность программных и технических средств, ориентированных на оказание помощи дежурному расчету центра управления ССС за счет использования математических моделей выработки решений, средств эффективного доступа к базам данных и средств наглядного отображения информации.

К настоящему времени выделяют три подхода при создании СППР: системный, когнитивный и функциональный. Системный подход основан на исследовании среды, в которой должна функционировать СППР: элементов с которыми СППР должна взаимодействовать, источников информации, соответствующих отношений взаимодей-

ствующих компонентов. В основе когнитивного или познавательного подхода лежит анализ содержания и типов проблемных ситуаций, в условиях которых осуществляется принятие решения. Функциональный подход основан на анализе инструментальных средств, блоков, подсистем, технологий принятия решений. При создании СППР оперативного планирования и оптимального распределения ресурса предлагается применить наиболее перспективный вариант - комбинационный подход, обладающий преимуществами трех вышеперечисленных подходов. Данный вариант позволит наиболее эффективно сформировать архитектуру СППР оперативного обслуживания НКУ, обладающую рациональным составом программных модулей и схемой их взаимодействия. Комбинационный подход создания СППР диктует необходимость определить:

- место СППР в контуре управления системой;

- характер проблемной ситуации, применительно к которой СППР разрабатывается;

- информацию, доступную СППР;

- источники поступления информации;

- информацию, генерируемую СППР.

В соответствии с этим определяется необходимый состав привлекаемых программных модулей. Место и роль СППР в контуре управления системой определяется ее назначением, связанным с проведением СС для обеспечения работы НКУ. Проектируемой СППР должна быть доступна вся имеющаяся в центре управления ССС информация о состоянии ССС, поступающая как непосредственно с ЗССС, так и от вышестоящих органов. Для конкретизации привлекаемого состава программных модулей и их взаимосвязи следует описать технологический график действий номеров дежурного расчета центра управления ССС, при оперативном планировании и оптимальном рас-

пределении ресурса. Далее осуществляется сопоставление технологических операций, выполняемых номерами дежурного расчета центра управления ССС, с программными модулями, позволяющими автоматизировать данные технологические операции. При этом для повышения гибкости в настройке СППР на конкретную предметную область и обеспечения снижения затрат на ее создание и модернизацию целесообразно при выборе привлекаемых программных модулей ориентироваться на банк унифицированных проблемно-ориентированных модулей, находящийся в базе программного обеспечения центра управления ССС. Данные модули представляют собой аналитические модели и алгоритмы, базы знаний и данных. Такой подход позволяет с наименьшими потерями временных и материальных ресурсов строить разнообразные по целевому назначению СППР.

Заключение

Существующая организационная и техническая структура системы управления ОГ КА не позволяют реализовать управление с обратной связью в классическом его понимании. Для проведения одновременного оперативного планирования и распределения радиоресурса в этих условиях предлагается модернизировать совокупность действий технического персонала центра управления ССС, а также СППР в контуре управления системой.

Разработанная методика и алгоритм оперативного планирования сеансов спутниковой связи позволяет не только определить место предлагаемых методологических основ гибких стратегий применения ССС в существующем технологическом процессе управления ССС, но и может служить основой для разработки конкретных инструкции техническому персоналу, обслуживающему и управляющему ЗССС и НКУ ОГ КА.

Список используемых источников

1. Жуков С.Е., Ковальский А.А., Квасов М.Н., Митряев Г.А. Оперативное распределение радиоресурса системы спутниковой связи в целях обеспечения управления космическими аппаратами // Труды Научно-исследовательского института радио. 2017. № 2. С. 29-36.

2. Зиннуров С.Х., Ковальский А.А., Митряев Г.А. Решение задачи оптимального планирования радиоресурса спутниковой системы связи для сеансов управления орбитальной группировкой космических аппаратов // Труды учебных заведений связи. 2018. Т. 4. № 1. С. 67-74. DOI:10.31854/1813-324X-2018-1-67-74

3. Мануйлов Ю.С., Новиков Е.А. Метод и алгоритм оперативного планирования работы наземных средств на основе принципа гибких стратегий // Сборник алгоритмов и программ типовых задач. СПб: МО РФ, 2005. Вып. 23. С. 3-17.

4. Мануйлов Ю.С., Новиков Е.А. и др. Алгоритм локально-оптимального управления комплексом операций обслуживания однотипных объектов // Сборник алгоритмов и программ типовых задач. СПб: МО РФ, 2004. Вып. 22. С. 3-17.

5. Новиков Е.А., Мануйлов Ю.С. Гибкие технологические стратегии управления целевым применением космической навигационной системы. СПб.: ВКА им А.Ф. Можайского, 2009. 175 с.

6. Мануйлов Ю.С., Птушкин А.И., Стародубов В.А. Методологические основы применения гибких стратегий управления космическими аппаратами. СПб: МО РФ, 2002. 102 с.

7. Мануйлов Ю.С., Калинин В.Н., Гончаревский В.С., Делий И.И., Новиков Е.А. Управление космическими аппаратами и средствами наземного комплекса управления: учебник. СПб.: ВКА имени А.Ф. Можайского, 2010. 609 с.

8. Мануйлов Ю.С., Новиков Е.Н., Павлов А.Н., Кудряшов А.Н., Петрошенко А.В. Системный анализ и организация автоматизированного управления космическими аппаратами: учебник. СПб.: ВКА имени А.Ф. Можайского, 2010. 266 с.

* * *

TECHNIQUE AND ALGORITHM OF OPERATIONAL

PLANNING OF SESSIONS OF SATELLITE COMMUNICATION ON THE BASIS OF TECHNOLOGY OF FLEXIBLE STRATEGY OF MANAGEMENT

A. Kovalsky1

1Military Space Academy of A.F. Mozhaysky, St. Petersburg, 197198, Russian Federation

Article info

Article in Russian

For citation: Kovalsky A. Technique and Algorithm of Operational Planning of Sessions of Satellite Communication on the Basis of Technology of Flexible Strategy of Management. Proceedings of Telecommunication Universities. 2018;4(4):36-46. (in Russ.) Available from: https://doi.org/10.31854/1813-324X-2018-4-4-36-46

Abstract: In article the satellite communication system for the organization of steady management of orbital grouping of spacecrafts is considered. The purpose of work is aimed at providing requirements for bandwidth of the satellite communication system at the expense of the organization of effective planning of communication sessions. For the solution of a problem of optimum planning and operational distribution of a radio resource of the satellite communication system for the organization of steady management of orbital grouping of spacecrafts the algorithm on the basis of a method of local optimum control and a technique with use of technology of flexible strategy of management is offered. In the conclusion sentences on development of the system of decision support at operational distribution of a radio resource of the satellite communication system are created.

Keywords: satellite communication system, optimum planning of communication sessions, operational distribution of a radio resource, technology of flexible strategy of management.

References

1. Zhukov S.E., Kovalsky AA, Kvasov M.N., Mitrayev GA Operativnoe raspredelenie radioresursa sistemy sputnikovoi svi-azi v tseliakh obespecheniia upravleniia kosmicheskimi apparatami [Operational Distribution of the Radio Resource of a Satellite Communication System in Order to Ensure Control of Spacecraft]. Trydu NIIR. 2017;2:29-36. (in Russ.)

2. Zinnurov S., Kovalsky A., Mitrayev G. Planning and Application of the Satellite Transmission System for Space Appliance's Orbital Group Managing. Proceedings of Telecommunication Universities. 2018;4(1):67-74. (in Russ.) Available from: https://doi.org/10.31854/1813-324X-2018-1-67-74

3. Manuylov Y.S., Novikov E.A. Metod i algoritm operativnogo planirovaniia raboty nazemnykh sredstv na osnove printsipa gibkikh strategii [Method and Algorithm for Operational Planning of Ground-Based Operations Based on the Principle of Flexible Strategies]. In: Sbornik algoritmov i programm tipovykh zadach. Vypusk 23 [Collection of Algorithms and Programs of Typical Tasks. Issue 23]. St. Petersburg: Ministry of Defence of the Russian Federation Publ.; 2005. p.3-17. (in Russ.)

4. Manuylov Y.S., Novikov E.A. etc. Algoritm lokalno-optimalnogo upravleniia kompleksom operatsii obsluzhivaniia od-notipnykh obieektov [Algorithm of Local-Optimal Control of Complex Operations of Servicing Objects of the Same Type]. In: Sbornik algoritmov i programm tipovykh zadach. Vypusk 22 [Collection of Algorithms and Programs of Typical Tasks. Issue 22]. St. Petersburg: Ministry of Defence of the Russian Federation Publ.; 2004. p.3-17. (in Russ.)

5. Novikov E.A., Manuylov Y.S. Gibkie tekhnologicheskie strategii upravleniia tselevym primeneniem kosmicheskoi navi-gatsionnoi sistemy [Flexible Technological Strategies for Managing the Target Application of a Space Navigation System]. St. Petersburg: Mozhaisky Military Space Academy Publ.; 2009. 175 p. (in Russ.)

6. Manuylov Y.S., Ptushkin A.I., Starodubov V.A. Metodologicheskie osnovy primeneniia gibkikh strategii upravleniia kosmicheskimi apparatami [Methodological Basis for the Application of Flexible Spacecraft Control Strategies]. St. Petersburg: Ministry of Defence of the Russian Federation Publ.; 2002. 102 p. (in Russ.)

7. Manuylov Y.S., Kalinin V.N., Goncharevskii V.S., Delii I.I., Novikov E.A. Upravlenie kosmicheskimi apparatami i sredstvami nazemnogo kompleksa upravleniia: uchebnik [Spacecraft and Ground Control Equipment: textbook]. St. Petersburg: Mozhaisky Military Space Academy Publ.; 2010. 609 p. (in Russ.)

8. Manuylov Y.S., Novikov E.A., Pavlov A.N., Kudryashov A.N., Petroshenko A.V. Sistemnyi analiz i organizatsiia avtoma-tizirovannogo upravleniia kosmicheskimi apparatami: uchebnik [System Analysis and Organization of Automated Control of Spacecraft: textbook]. St. Petersburg: Mozhaisky Military Space Academy Publ.; 2010. 266 p. (in Russ.)